Aká je polymerizácia propylénu? Aké sú vlastnosti tejto chemickej reakcie? Pokúsme sa nájsť podrobné odpovede na tieto otázky.
Charakteristiky spojení
Schémy polymerizačných reakcií etylénu a propylénu demonštrujú typické chemické vlastnosti, ktoré majú všetci členovia triedy olefínov. Táto trieda dostala taký neobvyklý názov podľa starého názvu oleja používaného v chemickej výrobe. V 18. storočí sa získal etylénchlorid, čo bola olejovitá tekutá látka.
Z vlastností všetkých zástupcov triedy nenasýtených alifatických uhľovodíkov si všímame prítomnosť jednej dvojitej väzby v nich.
Radikálna polymerizácia propylénu sa vysvetľuje práve prítomnosťou dvojitej väzby v štruktúre látky.
Všeobecný vzorec
Pre všetkých zástupcov homologickej série alkénov má všeobecný vzorec tvar СpН2p. Nedostatočné množstvo vodíkov v štruktúre vysvetľuje zvláštnosť chemických vlastností týchto uhľovodíkov.
Rovnica reakcie polymerizácie propylénuje priamym potvrdením možnosti prerušenia takéhoto spojenia pri použití zvýšenej teploty a katalyzátora.
Nenasýtený radikál sa nazýva alyl alebo propenyl-2. Prečo polymerizovať propylén? Produkt tejto interakcie sa používa na syntézu syntetického kaučuku, ktorý je zase žiadaný v modernom chemickom priemysle.
Fyzikálne vlastnosti
Rovnica polymerizácie propylénu potvrdzuje nielen chemické, ale aj fyzikálne vlastnosti tejto látky. Propylén je plynná látka s nízkym bodom varu a topenia. Tento zástupca triedy alkénov má miernu rozpustnosť vo vode.
Chemické vlastnosti
Reakčné rovnice pre polymerizáciu propylénu a izobutylénu ukazujú, že procesy prebiehajú cez dvojitú väzbu. Alkény pôsobia ako monoméry a konečnými produktmi takejto interakcie budú polypropylén a polyizobutylén. Je to väzba uhlík-uhlík, ktorá sa počas takejto interakcie zničí a nakoniec sa vytvoria zodpovedajúce štruktúry.
Na dvojitej väzbe vznikajú nové jednoduché väzby. Ako prebieha polymerizácia propylénu? Mechanizmus tohto procesu je podobný procesu, ktorý sa vyskytuje u všetkých ostatných zástupcov tejto triedy nenasýtených uhľovodíkov.
Reakcia polymerizácie propylénu zahŕňa niekoľko možnostíúniky. V prvom prípade sa proces uskutočňuje v plynnej fáze. Podľa druhej možnosti reakcia prebieha v kvapalnej fáze.
Okrem toho, polymerizácia propylénu tiež prebieha podľa niektorých zastaraných procesov zahŕňajúcich použitie nasýteného kvapalného uhľovodíka ako reakčného média.
Moderná technológia
Polymerizácia propylénu vo veľkom pomocou technológie Spheripol je kombináciou suspenzného reaktora na výrobu homopolymérov. Proces zahŕňa použitie reaktora v plynnej fáze s pseudokvapalným lôžkom na vytvorenie blokových kopolymérov. V tomto prípade polymerizačná reakcia propylénu zahŕňa pridanie ďalších kompatibilných katalyzátorov do zariadenia, ako aj predpolymerizáciu.
Funkcie procesu
Technológia zahŕňa miešanie komponentov v špeciálnom zariadení určenom na predbežnú transformáciu. Ďalej sa táto zmes pridáva do slučkových polymerizačných reaktorov, kde vstupuje vodík aj vyčerpaný propylén.
Reaktory pracujú pri teplotách v rozmedzí od 65 do 80 stupňov Celzia. Tlak v systéme nepresahuje 40 barov. Reaktory, ktoré sú usporiadané v sérii, sa používajú v zariadeniach určených na veľkoobjemovú výrobu polymérnych produktov.
Polymérny roztok sa odstráni z druhého reaktora. Polymerizácia propylénu zahŕňa prenesenie roztoku do tlakového odplyňovača. Tu sa vykonáva odstránenie práškového homopolyméru z kvapalného monoméru.
Výroba blokových kopolymérov
Rovnica polymerizácie propylénu CH2 =CH - CH3 má v tejto situácii štandardný mechanizmus toku, rozdiely sú len v podmienkach procesu. Spolu s propylénom a eténom ide prášok z odplyňovača do plynového reaktora pracujúceho pri teplote asi 70 stupňov Celzia a tlaku maximálne 15 barov.
Blokové kopolyméry po vybratí z reaktora vstupujú do špeciálneho systému na odstraňovanie polymérneho prášku z monoméru.
Polymerizácia propylénu a butadiénov odolných voči nárazu umožňuje použitie druhého reaktora v plynnej fáze. Umožňuje vám zvýšiť hladinu propylénu v polyméri. Okrem toho je možné do hotového produktu pridávať aditíva, použitie granulácie, ktorá zlepšuje kvalitu výsledného produktu.
Špecifickosť polymerizácie alkénov
Medzi výrobou polyetylénu a polypropylénu sú určité rozdiely. Z rovnice polymerizácie propylénu je zrejmé, že je určený iný teplotný režim. Okrem toho existujú určité rozdiely v konečnom štádiu technologického reťazca, ako aj v oblastiach použitia konečných produktov.
Peroxid sa používa pre živice, ktoré majú vynikajúce reologické vlastnosti. Majú zvýšenú úroveň toku taveniny, podobné fyzikálne vlastnosti ako materiály, ktoré majú nízku rýchlosť toku.
Živica,s vynikajúcimi reologickými vlastnosťami sa používajú v procese vstrekovania, ako aj pri výrobe vlákien.
Na zvýšenie priehľadnosti a pevnosti polymérnych materiálov sa výrobcovia snažia do reakčnej zmesi pridávať špeciálne kryštalizačné prísady. Časť polypropylénových transparentných materiálov sa postupne nahrádza inými materiálmi v oblasti vyfukovania a odlievania.
Vlastnosti polymerizácie
Polymerizácia propylénu v prítomnosti aktívneho uhlia prebieha rýchlejšie. V súčasnosti sa na základe adsorpčnej kapacity uhlíka používa katalytický komplex uhlíka s prechodným kovom. Výsledkom polymerizácie je produkt s vynikajúcim výkonom.
Hlavnými parametrami polymerizačného procesu sú rýchlosť reakcie, ako aj molekulová hmotnosť a stereoizomérne zloženie polyméru. Dôležitá je aj fyzikálna a chemická povaha katalyzátora, polymerizačné médium, stupeň čistoty komponentov reakčného systému.
Lineárny polymér sa získava ako v homogénnej, tak aj v heterogénnej fáze, pokiaľ ide o etylén. Dôvodom je absencia priestorových izomérov v tejto látke. Na získanie izotaktického polypropylénu sa snažia použiť pevné chloridy titánu, ako aj organohlinité zlúčeniny.
Pri použití komplexu adsorbovaného na kryštalický chlorid titaničitý (3) je možné získať produkt s požadovanými vlastnosťami. Pravidelnosť nosnej mriežky nie je dostatočným faktorom prezískanie vysokej stereošpecifickosti katalyzátorom. Napríklad, ak sa zvolí jodid titánu (3), získa sa ataktický polymér.
Uvažované katalytické zložky majú Lewisov charakter, preto sú spojené s výberom média. Najvýhodnejším médiom je použitie inertných uhľovodíkov. Pretože chlorid titaničitý je aktívnym adsorbentom, vo všeobecnosti sa volia alifatické uhľovodíky. Ako prebieha polymerizácia propylénu? Vzorec produktu je (-CH2-CH2-CH2-)p. Samotný reakčný algoritmus je podobný priebehu reakcie u ostatných predstaviteľov tohto homologického radu.
Chemická interakcia
Poďme analyzovať hlavné možnosti interakcie pre propylén. Vzhľadom na to, že v jej štruktúre je dvojitá väzba, hlavné reakcie prebiehajú presne pri jej deštrukcii.
Halogenizácia prebieha pri normálnej teplote. V mieste pretrhnutia komplexnej väzby dochádza k neobmedzenej adícii halogénu. V dôsledku tejto interakcie vzniká dihalogénovaná zlúčenina. Najťažšia časť je jodizácia. Bromácia a chlorácia prebieha bez dodatočných podmienok a nákladov na energiu. Fluorácia propylénu je výbušná.
Hydrogenačná reakcia zahŕňa použitie dodatočného urýchľovača. Platina a nikel pôsobia ako katalyzátor. V dôsledku chemickej interakcie propylénu s vodíkom vzniká propán - zástupca triedy nasýtených uhľovodíkov.
Hydrácia (pridávanie vody)uskutočnené podľa pravidla V. V. Markovnikova. Jeho podstatou je naviazanie atómu vodíka na dvojitú väzbu propylénu, ktorého je jeho maximálne množstvo. V tomto prípade sa halogén naviaže na ten C, ktorý má minimálny počet vodíka.
Propylén sa vyznačuje spaľovaním v atmosférickom kyslíku. V dôsledku tejto interakcie sa získajú dva hlavné produkty: oxid uhličitý, vodná para.
Keď je táto chemikália vystavená silným oxidačným činidlám, ako je manganistan draselný, pozoruje sa jej zmena farby. Medzi produktmi chemickej reakcie bude dvojsýtny alkohol (glykol).
Výroba propylénu
Všetky metódy možno rozdeliť do dvoch hlavných skupín: laboratórne, priemyselné. V laboratórnych podmienkach možno propylén získať odštiepením halogenovodíka z pôvodného halogénalkylu jeho vystavením alkoholovému roztoku hydroxidu sodného.
Propylén vzniká katalytickou hydrogenáciou propínu. V laboratórnych podmienkach je možné túto látku získať dehydratáciou propanolu-1. Pri tejto chemickej reakcii sa ako katalyzátory používajú kyselina fosforečná alebo sírová, oxid hlinitý.
Ako sa vyrába propylén vo veľkých objemoch? Vzhľadom na to, že táto chemikália je v prírode vzácna, vyvinuli sa priemyselné možnosti jej výroby. Najbežnejšia je izolácia alkénu z ropných produktov.
Napríklad ropa sa krakuje v špeciálnom fluidnom lôžku. Propylén sa získava pyrolýzou benzínovej frakcie. ATv súčasnosti sa alkén izoluje aj z pridruženého plynu, plynných produktov koksovania uhlia.
Existujú rôzne možnosti pyrolýzy propylénu:
- v rúrových peciach;
- v reaktore s použitím kremenného chladiva;
- Lavrovského proces;
- autotermálna pyrolýza podľa Barthlomeovej metódy.
Z osvedčených priemyselných technológií treba spomenúť aj katalytickú dehydrogenáciu nasýtených uhľovodíkov.
Aplikácia
Propylén má rôzne aplikácie, a preto sa vyrába vo veľkom meradle v priemysle. Tento nenasýtený uhľovodík vďačí za svoj vzhľad dielu Natty. V polovici dvadsiateho storočia vyvinul technológiu polymerizácie pomocou Zieglerovho katalytického systému.
Natta dokázal získať stereoregulárny produkt, ktorý nazval izotaktický, keďže v štruktúre sa metylové skupiny nachádzali na jednej strane reťazca. Vďaka tomuto typu "balenia" molekúl polyméru má výsledná polymérna látka vynikajúce mechanické vlastnosti. Polypropylén sa používa na výrobu syntetických vlákien a je žiadaný ako plastová hmota.
Približne desať percent ropného propylénu sa spotrebuje na výrobu jeho oxidu. Do polovice minulého storočia sa táto organická látka získavala chlórhydrínovou metódou. Reakcia prebiehala tvorbou medziproduktu propylénchlórhydrínu. Táto technológia má určité nevýhody, ktoré sú spojené s používaním drahého chlóru a haseného vápna.
V našej dobe bola táto technológia nahradená chalkónovým procesom. Je založená na chemickej interakcii propénu s hydroperoxidmi. Propylénoxid sa používa pri syntéze propylénglykolu, ktorý sa používa pri výrobe polyuretánových pien. Považujú sa za vynikajúce tlmiace materiály a používajú sa na výrobu obalov, koberčekov, nábytku, tepelne izolačných materiálov, savých tekutín a filtračných materiálov.
Okrem toho medzi hlavné aplikácie propylénu treba spomenúť syntézu acetónu a izopropylalkoholu. Izopropylalkohol, ktorý je vynikajúcim rozpúšťadlom, sa považuje za cenný chemický produkt. Na začiatku dvadsiateho storočia bol tento organický produkt získaný metódou kyseliny sírovej.
Okrem toho bola vyvinutá technológia priamej hydratácie propénu so zavedením kyslých katalyzátorov do reakčnej zmesi. Približne polovica všetkého vyrobeného propanolu sa minie na syntézu acetónu. Táto reakcia zahŕňa elimináciu vodíka, prebieha pri 380 stupňoch Celzia. Katalyzátory v tomto procese sú zinok a meď.
Medzi dôležitými použitiami propylénu zaujíma špeciálne miesto hydroformylácia. Propén sa používa na výrobu aldehydov. Oxysyntéza sa u nás využíva od polovice minulého storočia. V súčasnosti táto reakcia zaujíma dôležité miesto v petrochémii. Pri chemickej interakcii propylénu so syntéznym plynom (zmes oxidu uhoľnatého a vodíka) pri teplote 180 stupňov, katalyzátore na báze oxidu kob altu a tlaku 250 atmosfér sa pozoruje tvorba dvoch aldehydov. Jeden má normálnu štruktúru, druhý má zakrivenúuhlíkový reťazec.
Hneď po objavení tohto technologického postupu sa práve táto reakcia stala predmetom výskumu mnohých vedcov. Hľadali spôsoby, ako zmierniť podmienky jeho prúdenia, snažili sa znížiť percento rozvetveného aldehydu vo výslednej zmesi.
Na tento účel boli vynájdené ekonomické procesy, ktoré zahŕňajú použitie iných katalyzátorov. Bolo možné znížiť teplotu, tlak, zvýšiť výťažok lineárneho aldehydu.
Estery kyseliny akrylovej, ktoré sú tiež spojené s polymerizáciou propylénu, sa používajú ako kopolyméry. Asi 15 percent petrochemického propénu sa používa ako východiskový materiál na výrobu akrionitrilu. Táto organická zložka je nevyhnutná na výrobu cenného chemického vlákna - nitrón, výrobu plastov, výrobu gumy.
Záver
Polypropylén je v súčasnosti považovaný za najväčší petrochemický priemysel. Dopyt po tomto kvalitnom a lacnom polyméri rastie, preto postupne nahrádza polyetylén. Je nepostrádateľný pri výrobe pevných obalov, dosiek, fólií, automobilových dielov, syntetického papiera, lán, kobercových dielov, ako aj pri výrobe rôznych domácich spotrebičov. Na začiatku dvadsiateho prvého storočia bola výroba polypropylénu v polymérnom priemysle na druhom mieste. Berúc do úvahy požiadavky rôznych priemyselných odvetví, môžeme konštatovať, že trend veľkovýroby propylénu a etylénu bude v blízkej budúcnosti pokračovať.
